(57)【要約】【課題】熱電素子を複雑な配列にすることができるとともに、その配列を維持したまま絶縁基板に実装することのできる熱電変換モジュールの製造方法を提供すること。【解決手段】下基板１１ａと上基板１１ｂに、下部電極１２ａと上部電極１２ｂとをそれぞれ形成し、下部電極１２ａと上部電極１２ｂとにそれぞれｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの端面を接合して熱電変換モジュール１０を製造した。この製造方法の中に、紫外線硬化樹脂からなるシート１５に熱電材料ウエハ１３を貼り付ける貼付工程と、シート１５に貼り付けられた熱電材料ウエハ１３を切断して複数のｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂに形成する切断工程と、シート１５の所定部分に紫外線を照射して硬化させることにより粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていたｎ型熱電素子１３ａ等をシート１５から分離する分離工程とを含ませた。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、前記対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成した熱電変換モジュールの製造方法であって、
所定の処理により粘着力を失うシートの粘着面に板状の熱電材料を貼り付ける材料貼付工程と、
前記シートに貼り付けられた熱電材料を切断して複数の熱電素子に形成する切断工程と、
前記シートの所定部分に前記所定の処理を施して粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子を前記シートから分離する分離工程と
を備えたことを特徴とする熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記シートを加熱により発泡する熱発泡性のシートで構成し、前記シートの所定部分を加熱することにより前記所定の処理が行われる請求項１に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記シートを感光により硬化する感光硬化性のシートで構成し、前記シートの所定部分を感光させることにより前記所定の処理が行われる請求項１に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記シートを感光させるための処理を、前記シートの所定部分以外の部分にパターンマスクを取り付けて前記所定部分を露光することにより行うか、または前記シートの所定部分にスポット状の光を移動させながら露光することにより行う請求項３に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記分離工程において前記シートの粘着面に残った熱電素子の配列を維持したまま前記熱電素子の開放側端面を前記絶縁基板に接合する接合工程を備えた請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記分離工程において前記シートの粘着面に残った熱電素子の配列を維持したまま前記熱電素子の開放側端面を吸着させることにより熱電素子保持部材に前記熱電素子を保持させる保持工程と、前記熱電素子保持部材に保持された熱電素子を前記絶縁基板に接合する接合工程とを備えた請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記接合工程が、加熱雰囲気内で前記熱電素子と前記電極とをハンダにより接合する処理が行われる工程であり、前記熱電素子保持部材を前記加熱雰囲気の熱に対する耐熱性を備えた材料で構成した請求項６に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記熱電素子保持部材を、粘着層を有するポリイミドシートまたは真空チャックで構成した請求項６または７に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記熱電素子の端面に磁性を有するハンダ下地層を設け、前記熱電素子保持部材を磁気チャックで構成した請求項６または７に記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記材料貼付工程、前記切断工程および前記分離工程を、それぞれｎ型熱電素子のための工程と、ｐ型熱電素子のための工程とで構成し、前記分離工程においてそれぞれのシートに配列されたｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを配列を維持したままその開放側端面を、直接または前記熱電素子保持部材に一旦移し変えたのちに、前記絶縁基板に接合する接合工程を備えた請求項１ないし９のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記切断工程において前記熱電材料を切断する切断部の幅を変更することにより各熱電素子間の間隔を異なる大きさに設定する請求項１ないし１０のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記材料貼付工程を、所定の処理により粘着力を失う第１のシートの粘着面に板状の熱電材料を貼り付ける工程で構成するとともに、前記切断工程を、前記第１のシートに貼り付けられた熱電材料を切断して複数の熱電素子に形成する工程で構成し、前記分離工程を、
前記第１のシートにおける前記複数の熱電素子のうちの所定の熱電素子が貼り付けられた部分に前記所定の処理を施して粘着力を失わせる第１のシート粘着力消失工程と、
前記複数の熱電素子の開放側端面に、所定の処理により粘着力を失う第２のシートを貼り付ける第２シート貼付工程と、
前記所定の熱電素子以外の熱電素子が貼り付けられた前記第２のシートの部分に所定の処理を施して粘着力を失わせる第２のシート粘着力消失工程と、
前記第１のシートと前記所定の熱電素子との間および前記第２のシートと前記所定の熱電素子以外の熱電素子との間をそれぞれ分離して、それぞれの熱電素子を所定の配列にする配列工程と
で構成した請求項１ないし１１のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記分離工程を、
前記複数の熱電素子のうちの所定の熱電素子が貼り付けられた前記シートの部分に所定の処理を施して粘着力を失わせるシート粘着力消失工程と、
前記複数の熱電素子間の間隔を変えることなく前記シートの吸着力よりも小さな吸着力で前記複数の熱電素子の開放側端面を熱電素子保持部材に保持させる保持工程と、
前記シートと前記所定の熱電素子との間および前記熱電素子保持部材と前記所定の熱電素子以外の熱電素子との間をそれぞれ分離する分離工程と
で構成した請求項１，２，３，４，７，８，９および１１のうちのいずれか一つに記載の熱電変換モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電気変換を行う熱電変換モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、熱電気変換の一つであるペルチェ効果を利用して熱変換を行う熱電変換モジュールが加熱・冷却装置等に用いられている。この熱電変換モジュールは、一対の絶縁基板における相対向する内側の面の所定箇所に複数の電極を形成し、この相対向する電極にそれぞれチップからなる熱電素子の上下の端面をハンダ付けすることにより固定して構成されている。このような熱電変換モジュールの熱電素子等のチップは、例えば、板状に形成された半導体ウエハをダイシングすることにより複数個に切断して形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このダイシング方法では、半導体ウエハの裏面に紫外線硬化樹脂からなる第１テープを貼り付け、半導体ウエハの主面からフルカットダイシングして半導体ウエハを個々のチップに分離している。つぎに、分離されたチップのうちの使用される有効チップを、引き伸ばしリングで第１テープの裏面から持ち上げて第１テープを引き伸ばし、第１テープに紫外線を照射することにより第１テープの粘着力を失わせている。そして、有効チップの主面に第２テープを貼り付けて、第１テープをチップから引き剥がすことにより第１テープにチップを配列させ、さらに第１テープに紫外線を照射して粘着力を失わせ、角錐コレット等を用いてチップをボンディングステージに実装している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−６７６９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したダイシング方法では、有効チップを引き伸ばしリングで持ち上げた状態でそのまま第２テープに移し変えるため、チップの配列を複雑な形状にすることができないという問題がある。また、引き伸ばしリングで有効チップを持ち上げる際に、第１テープを引き伸ばすため、各チップ間の間隔を維持することができず、各チップ間の間隔を設定どおりにすることが難しいという問題もある。さらに、第１テープから第２テープに移し変えたチップだけが有効チップとして使用されるため、材料の歩留まりが悪いという問題もある。
【０００６】
【発明の概要】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、熱電素子を複雑な配列にすることができるとともに、その配列を維持したまま絶縁基板に実装することのできる熱電変換モジュールの製造方法を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法の構成上の特徴は、対向させて配置した一対の絶縁基板における対向する内側の面の所定箇所に電極を形成し、対向する電極にそれぞれ熱電素子の端面を接合して構成した熱電変換モジュールの製造方法であって、所定の処理により粘着力を失うシートの粘着面に板状の熱電材料を貼り付ける材料貼付工程と、シートに貼り付けられた熱電材料を切断して複数の熱電素子に形成する切断工程と、シートの所定部分に所定の処理を施して粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子をシートから分離する分離工程とを備えたことにある。
【０００８】
本発明の熱電変換モジュールの製造方法では、熱電材料を貼り付けるシートを、所定の処理により粘着力を失う材料で構成している。このシートとしては、基材の表面に、感光により硬化して粘着力を失う光硬化性の粘着層が形成されたシートや、加熱によりガスを発生して粘着力を失う熱発泡性の粘着層が形成されたシートを用いることができる。
【０００９】
したがって、シートにおける所定の熱電素子が貼り付けられた部分に光照射や加熱の処理を施すことにより、シートから所定の熱電素子を取り外すことができる。この場合、所定の処理を施すシートの部分を適宜選択することにより複雑な形状に熱電素子を配列することができる。また、シートから所定の熱電素子を取り外す際、この熱電素子を他のシートに貼り付けて取り外すことにより、他のシートにも所定の配列になった熱電素子を形成することができる。
【００１０】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法の他の構成上の特徴は、シートを加熱により発泡する熱発泡性のシートで構成し、シートの所定部分を加熱することにより所定の処理が行われることにある。このシートとしては、例えば、基材の表面に、熱によって発泡する粒子を含んだ粘着層を形成したものが使用できる。これによると、加熱したシートの所定部分の粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子を取り外すことができる。
【００１１】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、シートを感光により硬化する感光硬化性のシートで構成し、シートの所定部分を感光させることにより所定の処理が行われることにある。このシートを感光させるために用いる光としては、例えば紫外線を用いることができ、これによって、紫外線を照射したシートの所定部分の粘着力を失わせ、その部分に貼り付けられていた熱電素子を取り外すことができる。
【００１２】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、シートを感光させるための処理を、シートの所定部分以外の部分にパターンマスクを取り付けて所定部分を露光することにより行うか、またはシートの所定部分にスポット状の光を移動させながら露光することにより行うことにある。これによると、簡単な方法で、シートの粘着面に形成される熱電素子の配列形状を複雑な形状にすることができる。パターンマスクを用いる場合には、一度の照射により処理が行えるため作業が短時間で済む。また、スポット状の光を移動させながら露光させる場合には、パターンマスクが不要であるため低コスト化が図れる。
【００１３】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、分離工程においてシートの粘着面に残った熱電素子の配列を維持したまま熱電素子の開放側端面を絶縁基板に接合する接合工程を備えたことにある。これによると、シートに形成された配列の熱電素子をそのままの配列状態で、絶縁基板に接合できるため、熱電素子の配置が設定どおりの寸法精度のよい熱電モジュールを製造することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、分離工程においてシートの粘着面に残った熱電素子の配列を維持したまま熱電素子の開放側端面を吸着させることにより熱電素子保持部材に熱電素子を保持させる保持工程と、熱電素子保持部材に保持された熱電素子を絶縁基板に接合する接合工程とを備えたことにある。これによると、シートに配列された熱電素子をそのまま絶縁基板に接合するのではなく、熱電素子を一旦シートから熱電素子保持部材に保持させたのちに、熱電素子保持部材から絶縁基板に移して接合するようになっている。この熱電素子保持部材としては、熱電素子を正確に位置決めした状態で保持できるものを選択する。これによって、熱電素子の絶縁基板への接合を正確な位置で行える。
【００１５】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、接合工程が、加熱雰囲気内で熱電素子と電極とをハンダにより接合する処理が行われる工程であり、熱電素子保持部材を加熱雰囲気の熱に対する耐熱性を備えた材料で構成したことにある。これによると、熱電素子保持部材が加熱によって変形したりすることがないため、熱電素子の絶縁基板への取り付け位置を適正な設定位置にすることができる。また、ハンダによる熱電素子の絶縁基板への接合を良好な状態で行えるようになる。
【００１６】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、熱電素子保持部材を、粘着層を有するポリイミドシートまたは真空チャックで構成したことにある。これによると、簡単な材料や装置で熱電素子保持部材を構成することができる。ポリイミドシートは耐熱性を有するため、加熱状態においても配列状態を変えることなく熱電素子を保持できる。また、真空チャックは、吸着面に熱電素子を吸引することにより、配列状態を変化させることなく熱電素子を保持できる。
【００１７】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、熱電素子の端面に磁性を有するハンダ下地層を設け、熱電素子保持部材を磁気チャックで構成したことにある。磁気チャックとしては、電磁タイプのものや永磁タイプのものがあるが、繰り返し加熱する処理を行う場合には電磁タイプの磁気チャックを用いることが好ましい。また、この場合、熱電素子の端面には、磁気チャックに吸着されるための磁性を有するハンダ下地層が設けられるが、このハンダ下地層には所定の厚みを有するニッケル層が含まれることが好ましい。
【００１８】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、材料貼付工程、切断工程および分離工程を、それぞれｎ型熱電素子のための工程と、ｐ型熱電素子のための工程とで構成し、分離工程においてそれぞれのシートに配列されたｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを配列を維持したままその開放側端面を、直接または熱電素子保持部材に一旦移し変えたのちに、絶縁基板に接合する接合工程を備えたことにある。
【００１９】
これによると、ｎ型熱電素子が配列されたシートと、ｐ型熱電素子が配列されたシートとを製造し、これらのｎ型およびｐ型の熱電素子をそれぞれ配列を維持したまま絶縁基板に接合することにより、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とが所定の配列に形成された熱電変換モジュールを得ることができる。この場合、ｎ型熱電素子やｐ型熱電素子を、シートから耐熱性を有する熱電素子保持部材に一旦移し変えることにより、加熱を要する処理を行っても配列を崩すことなく絶縁基板への接合ができる。
【００２０】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、切断工程において熱電材料を切断する切断部の幅を変更することにより各熱電素子間の間隔を異なる大きさに設定することにある。これによると、熱電素子間の間隔を小さく設定する場合には、切断部の幅を小さくし、熱電素子間の間隔を大きく設定する場合には、切断部の幅を大きくすることにより、設定に応じた間隔にすることができる。また、この切断工程は、熱電材料をシートに貼り付けた状態で行うため、各熱電素子がずれることがなく熱電素子間の間隔を精度よく形成することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、材料貼付工程を所定の処理により粘着力を失う第１のシートの粘着面に板状の熱電材料を貼り付ける工程で構成するとともに、切断工程を第１のシートに貼り付けられた熱電材料を切断して複数の熱電素子に形成する工程で構成し、分離工程を、第１のシートにおける複数の熱電素子のうちの所定の熱電素子が貼り付けられた部分に所定の処理を施して粘着力を失わせる第１のシート粘着力消失工程と、複数の熱電素子の開放側端面に所定の処理により粘着力を失う第２のシートを貼り付ける第２シート貼付工程と、所定の熱電素子以外の熱電素子が貼り付けられた第２のシートの部分に所定の処理を施して粘着力を失わせる第２のシート粘着力消失工程と、第１のシートと所定の熱電素子との間および第２のシートと所定の熱電素子以外の熱電素子との間をそれぞれ分離して、それぞれの熱電素子を所定の配列にする配列工程とで構成したことにある。
【００２２】
これによると、第１のシートに配列された熱電素子と、第２のシートに配列された熱電素子との二組の熱電素子の配列体を得ることができる。このため、この方法によって、ｎ型熱電素子を配列した第１および第２のシートと、ｐ型熱電素子を配列した第１および第２のシートとをそれぞれ製造し、第１のシートに配列されたｎ型熱電素子と第２のシートに配列されたｐ型熱電素子とを絶縁基板に接合することによりｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを備えた熱電変換モジュールを得ることができる。また、残りの第２のシートに配列されたｎ型熱電素子と第１のシートに配列されたｐ型熱電素子とを絶縁基板に接合することによってもｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを備えた熱電変換モジュールを得ることができる。
【００２３】
また、本発明にかかる熱電変換モジュールの製造方法のさらに他の構成上の特徴は、分離工程を、複数の熱電素子のうちの所定の熱電素子が貼り付けられたシートの部分に所定の処理を施して粘着力を失わせるシート粘着力消失工程と、複数の熱電素子間の間隔を変えることなくシートの吸着力よりも小さな吸着力で複数の熱電素子の開放側端面を熱電素子保持部材に保持させる保持工程と、シートと所定の熱電素子との間および熱電素子保持部材と所定の熱電素子以外の熱電素子との間をそれぞれ分離する分離工程とで構成したことにある。
【００２４】
これによると、熱電素子保持部材に配列された熱電素子を配列を変更することなくそのままの状態で絶縁基板に接合することができる。これによって、寸法精度のよい熱電変換モジュールを得ることができる。また、この場合も、熱電素子をｎ型熱電素子と、ｐ型熱電素子とで構成し、ｎ型熱電素子を熱電素子保持部材から絶縁基板に移して接合したのちに、さらにｐ型熱電素子を熱電素子保持部材から絶縁基板に移して接合することにより、ｎ型熱電素子とｐ型熱電素子とを備えた熱電変換モジュールを得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１および図２は、本実施形態に係る製造方法によって製造された熱電変換モジュール１０を示している。この熱電変換モジュール１０は、下基板１１ａと上基板１１ｂとからなる一対の絶縁基板を備えており、下基板１１ａの上面における所定部分に下部電極１２ａが取り付けられ、上基板１１ｂの下面における所定部分に上部電極１２ｂが取り付けられている。そして、チップからなるｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが、それぞれ下端面を下部電極１２ａにハンダ付けにより固定され、上端面を上部電極１２ｂにハンダ付けにより固定されて下基板１１ａと上基板１１ｂとを一体的に連結している。
【００２６】
下部電極１２ａと上部電極１２ｂとは、それぞれｎ型熱電素子１３ａまたはｐ型熱電素子１３ｂの略１個分の幅の長さに等しい距離をずらして取り付けられている。上部電極１２ｂには、それぞれｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの２個の熱電素子の上端面が接合されており、下部電極１２ａには、１個のｎ型熱電素子１３ａまたはｐ型熱電素子１３ｂの下端面だけが接合されるものと、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの２個の熱電素子の下端面が接合されるものとがある。そして、１個のｎ型熱電素子１３ａまたはｐ型熱電素子１３ｂの下端面だけが接合される下部電極１２ａは下基板１１ａの一方側（図２の後部側）の２箇所の角部に設けられ、その下部電極１２ａの一端部には、リード線１４ａ，１４ｂが取り付けられて通電可能になっている。
【００２７】
下基板１１ａおよび上基板１１ｂはアルミナからなる板で構成され、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂは、直方体に形成されたビスマス・テルル系の合金からなっている。ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとは交互に配置されている。すなわち、ｎ型熱電素子１３ａとその横方向の隣に位置するｐ型熱電素子１３ｂとの下端面が一つの下部電極１２ａで接続され、ｎ型熱電素子１３ａとその前後方向の隣に位置するｐ型熱電素子１３ｂとの上端面が一つの上部電極１２ｂで接続されている。
【００２８】
このようにして順次隣り合ったｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが下部電極１２ａと上部電極１２ｂとによって電気的に接続されている。また、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの下端面と下部電極１２ａ、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面と上部電極１２ｂおよび一方の角部の下部電極１２ａの端部とリード線１４ａ，１４ｂは、それぞれハンダ付けによって接続されている。
【００２９】
つぎに、以上のように構成された熱電変換モジュール１０の製造方法について説明する。熱電変換モジュール１０は、図３および図４に示した各工程によって製造される。まず、図３（ａ）に示すように、上下の両面にハンダ下地層（図示せず）が形成された本発明の熱電材料としてのｎ型の熱電材料ウエハ１３を紫外線硬化樹脂からなるシート１５上に貼り付ける材料貼付工程が行われる。
【００３０】
熱電材料ウエハ１３はインゴット状の熱電材料をスライスして厚み０．５ｍｍの板状に形成したものである。シート１５は基材の表面（図３（ａ）における上面）に紫外線照射により硬化して粘着性を失う粘着層を形成して構成されている。
【００３１】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、ダイシングソー（図示せず）により熱電材料ウエハ１３を等間隔で切断して、縦横の長さがそれぞれ０．５ｍｍの複数のｎ型熱電素子１３ａを格子状に形成する。この場合の切断幅（各ｎ型熱電素子１３ａ間の隙間の長さ）は、０．３ｍｍに設定されている。この切断幅は、ダイシングソーの刃の厚みに応じて１５μｍから０．５ｍｍ程度の間で適宜変更することができる。この切断幅の大きさによって、熱電変換モジュール１０が製造されたときの各ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの間隔が決まり、この間隔は熱電変換モジュール１０の電流、電圧等の特性に影響を及ぼす。したがって、切断幅は熱電変換モジュール１０の各設定特性値に応じて決定される。
【００３２】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、パターンマスク１６と紫外線ランプ１７ａとを用いて、シート１５の所定部分に紫外線を照射することにより、その部分の粘着力を失わせる処理が行われる。パターンマスク１６は、石英ガラスからなる基材１６ａの表面の所定部分にクロム蒸着層１６ｂを形成して構成されている。このクロム蒸着層１６ｂは、ｎ型熱電素子１３ａを１個置きに除いた部分に対応する部分に形成されている。すなわち、クロム蒸着層１６ｂは、ｎ型熱電素子１３ａの端面形状に形成された非蒸着部が前後左右に一定間隔で設けられた形状に形成されている。
【００３３】
そして、紫外線ランプ１７ａから紫外線を照射することにより、シート１５におけるｎ型熱電素子１３ａが１個置きに貼り付けられた部分が粘着力を失った粘着力喪失部１５ａに形成される（図３（ｄ）参照）。この紫外線ランプ１７ａから照射する紫外線は、波長を３６５ｎｍとし、照射時間を０．５秒、照射強度を２２０ｍＷ／ｃｍ２に設定した。つぎに、各ｎ型熱電素子１３ａの上端面である開放側の端面に、シート１５と同じ構成からなるシート１８を貼り付ける。
【００３４】
そして、図３（ｅ）に示すように、パターンマスク１９と紫外線ランプ１７ｂとを用いて、シート１８の所定部分に紫外線を照射することにより、その部分の粘着力を失わせる処理が行われる。パターンマスク１９も、パターンマスク１６と同様、石英ガラスからなる基材１９ａの表面の所定部分にクロム蒸着層１９ｂを形成して構成されている。そして、パターンマスク１９の非蒸着層は、クロム蒸着層１６ｂの非蒸着層よりもｎ型熱電素子１３ａ一個分ずらした位置に形成されている。すなわち、クロム蒸着層１９ｂは、シート１５において粘着力喪失部１５ａが形成されなかった部分に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａの上端面に非蒸着部が位置するように形成されている。
【００３５】
紫外線ランプ１７ｂから紫外線を照射することにより、シート１８に、図３（ｆ）に示した粘着力喪失部１８ａを形成する。そして、シート１５，１８を引き剥がすことにより、シート１５の粘着面に配列されたｎ型熱電素子１３ａとシート１８の粘着面に配列されたｎ型熱電素子１３ａとの二組のｎ型熱電素子１３ａの配列体を得ることができる。この二つの配列体の配列パターンは、配置を少しずらすことにより同一の配列パターンになる。また、ｐ型の熱電材料ウエハ（図示せず）についても前述した処理と同様の処理を行って、ｐ型熱電素子１３ｂの二組の配列体を形成しておく。
【００３６】
つぎに、図３に示した各工程によって得られたｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの配列体の接合について説明する。まず、図４（ａ），（ｂ）に示すように、シート１５に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａを下基板１１ａの上面に形成された下部電極１２ａの一方の端部側に位置決めしてハンダ付けする処理が行われる。下部電極１２ａの上面にはハンダ下地層を介してすずと鉛で構成されるハンダ層（図示せず）が形成されている。
【００３７】
このように組み付けられたｎ型熱電素子１３ａや下基板１１ａ等を、水平状態に保持して略２１０℃に加熱されたホットプレート（図示せず）上に載せてハンダ層を溶融させたのちに固化させることにより、ｎ型熱電素子１３ａを下部電極１２ａに接合させる。この場合、ｎ型熱電素子１３ａと下部電極１２ａとの位置がずれることを防止するために、必要に応じてシート１５の上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。これによって、位置ずれが生じなくなり、下部電極１２ａの適正位置にｎ型熱電素子１３ａが接合される。
【００３８】
ハンダ付け処理が終了すると、ホットプレートから降ろし、紫外線ランプ１７ｂからシート１５の全面に向けて紫外線を照射することにより、シート１５全体の粘着力を失わせる。そして、シート１５をｎ型熱電素子１３ａから剥がして、図４（ｃ）の状態にする。つぎに、ｐ型の熱電材料ウエハを用いて、図３に示した処理を行うことによって得られたシート２１に形成されたｐ型熱電素子１３ｂの配列体を、図４（ｄ）に示すように、下部電極１２ａの他方の端部側に位置決めする。そして、前述した図４（ｂ），（ｃ）での処理と同様の処理を行って、ｐ型熱電素子１３ｂの下端面を下部電極１２ａに接合させ、シート２１をｐ型熱電素子１３ｂから剥がす。これによって、図４（ｆ）に示すように、下基板１１ａの上面にｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが交互に固定される。
【００３９】
そして、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面に、下面に上部電極１２ｂが形成された上基板１１ｂを載せ、ホットプレートで加熱することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面を上部電極１２ｂに接合する。この場合も、位置ずれを防止するために、上基板１１ｂの上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。そして、所定の下部電極１２ａにリード線１４ａ，１４ｂをそれぞれ接続することにより、図１および図２に示した熱電変換モジュール１０が得られる。
【００４０】
なお、前述した熱電変換モジュール１０の製造方法では、説明の便宜上、１個の熱電変換モジュール１０を製造するように説明しているが、この熱電変換モジュール１０は複数個を、図５に示したように製造し、製造後に切断により各熱電変換モジュール１０に切り離している。図５では、上基板１１ｂは所定の大きさに切断した状態を示している。この状態においては、各熱電変換モジュール１０に導通用の接点２２を設け、両端の接点２２ａ，２２ｂ間を微小プローブ等を備えた導通検査装置（図示せず）で検査することにより、一度に多数の熱電変換モジュール１０の導通検査を行うことができる。
【００４１】
また、各熱電変換モジュール１０を１個ずつ検査する場合には、下部電極１２ａにおけるリード線１４ａ，１４ｂが接続される部分を接点として、導通検査を行う。この導通検査は、両端の接点２２ａ，２２ｂ間の抵抗値を測定することによって回線の遮断やショートを検出することができる。また、両端の接点２２ａ，２２ｂ間に電流を印加し、熱電変換モジュール１０の放熱面と吸熱面との間の温度差を測定したり吸熱量を測定したりすることによっても不良の有無を検出することができる。
【００４２】
このように、本実施形態にかかる熱電変換モジュールの製造方法では、熱電材料ウエハ１３等をダイシング処理して、複数のｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを形成する際に、熱電材料ウエハ１３等をシート１５，２１に貼り付けるようにしている。このため、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを、配列を崩すことなくシート１５，２１上に保持することができる。
【００４３】
また、シート１５，２１に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂの上面には、他のシート１８等が貼り付けられ、これらのシート１５，１８等の所定部分を紫外線ランプ１７ａ，１７ｂで照射することによりｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂを任意のシート１５等に貼り付けた状態にすることができる。
【００４４】
このため、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂをシート１５等の粘着面で複雑な形状に配列することができる。また、シート１５等に配列されたｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂをそのままの配列で下基板１１ａや上基板１１ｂに実装することができる。その際、必要な装置は、紫外線ランプ１７ａ，１７ｂだけであり特殊な装置や治具は不要であるため、低コストで熱電変換モジュール１０を得ることができる。
【００４５】
なお、前述した実施形態では、紫外線ランプ１７ａ，１７ｂの２個のランプを用いているが、この紫外線ランプは１個で構成することもできる。この場合、紫外線ランプまたは照射されるシート１５，１８側部分を移動可能にしておく。また、図４に示した処理においても紫外線ランプ１７ｂでシート１５，２１を照射する処理を行っているが、この紫外線照射処理は省略することもできる。この場合、シート１５，２１の粘着力よりもハンダの固着力の方が大きいため、紫外線照射処理をしなくともシート１５，２１の剥離は可能である。
【００４６】
また、前述した実施形態では、ハンダ層を予め下部電極１２ａ、上部電極１２ｂの表面に形成しているが、このハンダ層は、熱電材料ウエハ１３等の両面に形成しておくこともできる。これによると、余分なハンダがなくなるため、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂの周囲にハンダ層が広がることがなくなる。このため、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとを接近させて配置して、小型の熱電変換モジュール１０を製造する場合には好都合である。
【００４７】
図６は、本発明の他の実施形態による熱電変換モジュールの製造方法における材料貼付工程、切断工程および分離工程を示している。この製造方法では、紫外線ランプ１７ａ，１７ｂに代えて、紫外線をスポット照射することのできる照射部２３ａ，２３ｂを備えた照射装置が用いられている。したがって、パターンマスク１６，１９は用いられていない。また、図６（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｇ）における各処理は、図３（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｇ）における各処理と同一であるため同一部分に同一符号を記して説明は省略する。
【００４８】
図６（ｃ）においては、照射部２３ａでシート１５における所定部分に紫外線を照射することによりその部分の粘着力を失わせる処理が行われる。この場合、照射部２３ａの光源は絞って細くされ、紫外線のスポット直径は０．５ｍｍに設定されている。また、図６（ｅ）においては、照射部２３ｂでシート１８における所定部分に紫外線を照射することによりその部分の粘着力を失わせる処理が行われる。紫外線を照射するシート１５，１８の所定部分は、制御装置（図示せず）が備えるコンピュータープログラムに設定し、照射部２３ａ，２３ｂは、コンピュータープログラムに従った制御装置の制御により作動する。このため無人作業が可能になり夜間等の作業が可能になる。
【００４９】
また、パターンマスク１６，１９が不要になるため、低コスト化が図れる。それ以外の作用効果については、前述した実施形態と同様である。また、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂを下基板１１ａおよび上基板１１ｂに取り付けるための接合工程については、前述した実施形態と同様、図４に示した各処理によって行われる。
【００５０】
図７は、本発明のさらに他の実施形態による熱電変換モジュールの製造方法の接合工程を示している。この方法では、図３や図６に示した処理によりシート１５等に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを直接下基板１１ａに取り付けるのではなく、一旦、本発明に係る熱電素子保持部材としての保持部材２４に移したのちに、下基板１１ａに取り付けるようにしている。保持部材２４は、表面に粘着層が形成された高耐熱性を有するポリイミドシートで構成されており、粘着層の粘着力は、シート１５等の粘着力よりも大きく設定されている。なお、ポリイミドシートは略３００℃の温度に耐える耐熱性を備えている。
【００５１】
この実施形態では、例えば、シート１５に貼り付けられたｎ型熱電素子１３ａを、図７（ａ），（ｂ）に示すように、保持部材２４の上面に貼り付ける。つぎに、シート１５をｎ型熱電素子１３ａから剥がして、図７（ｃ）の状態にする。ついで、シート２１に形成されたｐ型熱電素子１３ｂを、図７（ｄ），（ｅ）に示すように、保持部材２４の上面におけるｎ型熱電素子１３ａの間にそれぞれ位置決めして貼り付ける。そして、シート２１をｐ型熱電素子１３ｂから剥がして、図７（ｆ）の状態にする。これによって、保持部材２４の上面にｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが交互に固定される。
【００５２】
そして、図７（ｇ）に示すように、保持部材２４の上面に並んだｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとを、下基板１１ａに対向させ、下部電極１２ａに位置合わせする。この状態の保持部材２４等をハンダリフロー炉（図示せず）内を通過させ、ハンダを溶融したのちに固化することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの下端面を下部電極１２ａに接合する。この場合も、位置ずれを防止するために、保持部材２４の上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。なお、ハンダリフロー炉内の温度は２１０℃に設定しておく。また、この場合、ハンダリフロー炉に代えてホットプレートを用いてもよい。
【００５３】
そして、冷却後、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面から保持部材２４を除去して、図７（ｈ）に示すように、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面に上基板１１ｂを設置する。この際、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂの上面と上部電極１２ｂとが接触するように位置決めする。そして、再度、下基板１１ａ等からなる組み付け体を、ハンダリフロー炉内を通過させ、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面を上部電極１２ｂに接合する。
【００５４】
この場合、下基板１１ａ側に熱容量の大きな物体を接触させて温度上昇を防ぎ、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂと下部電極１２ａとを接合するハンダ層が再溶融しないようにする。そして、所定の下部電極１２ａにリード線１４ａ，１４ｂをそれぞれ接続することにより、図１および図２に示した熱電変換モジュール１０が得られる。なお、図７（ｂ），（ｅ）に示した処理を行う際に、シート１５，２１に紫外線を照射する処理を行ってもよい。これによると、シート１５，２１の剥離がスムーズに行える。
【００５５】
このように、この実施形態では、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを配列を維持したまま高耐熱性を有するポリイミドシートからなる保持部材２４に、一旦移し変えたのちに、下基板１１ａに取り付けるようにしている。したがって、ハンダ付けの際に、ハンダリフロー炉やホットプレートによって加熱されても、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂは、配列を崩すことなく保持部材２４に保持される。このため寸法精度が良好な熱電変換モジュール１０を得ることができる。
【００５６】
また、他の実施形態として、ポリイミドシートに代えて、真空チャックで保持部材を構成してもよい。この場合の保持部材としては、吸気孔を有する板状体や多孔質の板状体の一方の面に吸引装置を接続し、他方の面をｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂを吸着するための吸着面にした装置を用いることができる。この場合、吸着部に使用される板状体を金属等からなる高耐熱性を有する材料で構成する。
【００５７】
これによると、ｎ型熱電素子１３ａやｐ型熱電素子１３ｂの接合に用いるハンダ用合金として、低融点のすず鉛合金でなく、鉛フリーの高融点の材料を用いることができる。例えば、融点が２００〜３００℃のすずアンチモン合金や金すず合金等である。これによると、作業環境の改善も可能になる。また、吸引装置の制御により、吸引力の調節が行えるため、処理方法に自由度が増すようになる。
【００５８】
さらに他の実施形態として、ポリイミドシートや真空チャックに代えて、磁気チャックで保持部材を構成することもできる。この場合の保持部材としては、板状の吸着部を、永久磁石で構成した永磁タイプのものや電気的にオンオフできる磁性体で構成した電磁タイプのものを用いることができる。ただし、保持部材を繰り返し加熱する場合には、繰り返しの加熱によっても磁力が低下することのない電磁タイプのものを用いることが好ましい。
【００５９】
また、磁気チャックで構成される保持部材でｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂを吸着するため、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂの端面には、磁力により吸引される層を形成しておく。この層は、すず層とニッケル層からなるハンダ下地層で構成し、ニッケル層の厚みは、１μｍ以上に設定することが好ましい。これによって、保持部材は、充分な吸着力を発揮できる。
【００６０】
図８は、本発明のさらに他の実施形態による熱電変換モジュールの製造方法における接合工程を示している。この方法では、図３（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）の処理と同一の処理をして、シート１５の上面にｎ型熱電素子１３ａを形成する。そして、図８（ａ）に示すように、シート１５の所定部分にパターンマスク１６を用いて紫外線を照射する。この紫外線を照射する装置としては、図３（ｃ）に示した紫外線ランプ１７ａを用いてもよいし、図６（ｃ）に示した照射部２３ａを備えた照射装置を用いてもよい。これによって、シート１５における所定（１個置き）のｎ型熱電素子１３ａが貼り付けられた部分が粘着力喪失部１５ａに形成される。
【００６１】
つぎに、図８（ｂ）に示すように、ｎ型熱電素子１３ａの上端面に保持部材２５を載せ、保持部材２５にｎ型熱電素子１３ａの上端面を吸着させる。この保持部材２５としては、前述したポリイミドシート、真空チャック、磁気チャックの中から選択して使用することが好ましいが、ｎ型熱電素子１３ａを配列を崩すことなく仮固定できるものであれば、他の部材や装置を用いてもよい。また、この保持部材２５の吸着力は、シート１５等の粘着力よりも小さく設定する。
【００６２】
つぎに、シート１５を引き剥がして図８（ｃ）の状態にする。この場合、粘着力喪失部１５ａに位置していたｎ型熱電素子１３ａは、保持部材２５に吸着されて保持部材２５の吸着面に残り、シート１５における粘着力喪失部１５ａ以外の部分に貼り付けられていたｎ型熱電素子１３ａは、シート１５に貼り付けられたままシート１５とともに移動する。このシート１５に配列されたｎ型熱電素子１３ａは、他の熱電変換モジュール１０の製造の際に使用される。
【００６３】
つぎに、シート１５に配列されたｎ型熱電素子１３ａと同様の処理によって、シート２１に形成されたｐ型熱電素子１３ｂを、図８（ｄ）に示すように、保持部材２５の下面におけるｎ型熱電素子１３ａの間にそれぞれ位置決めして吸着させる。そして、シート２１の全面に紫外線を照射して粘着力を失わせたのち、シート２１をｐ型熱電素子１３ｂから剥がして、図８（ｅ）の状態にする。これによって、保持部材２５の上面にｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとが交互に固定される。
【００６４】
そして、図８（ｆ）に示すように、保持部材２５の下面に並んだｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとを、下基板１１ａに対向させ、下部電極１２ａに位置合わせする。この状態の保持部材２４等をハンダリフロー炉内を通過させるか、またはホットプレート上に設置して加熱する。これによって、ハンダを溶融し、そののちに固化することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの下端面を下部電極１２ａに接合する。この場合も、位置ずれを防止するために、保持部材２５の上面に錘を載せて加熱処理を行うことが好ましい。
【００６５】
そして、冷却後、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面から保持部材２５を除去して、図８（ｈ）に示すように、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上面に上基板１１ｂを設置する。この際、ｎ型熱電素子１３ａおよびｐ型熱電素子１３ｂの上面と上部電極１２ｂとが接触するように位置決めする。そして、再度、下基板１１ａ等からなる組み付け体を、ハンダリフロー炉またはホットプレートを用いて加熱することにより、ハンダを介して、ｎ型熱電素子１３ａとｐ型熱電素子１３ｂとの上端面を上部電極１２ｂに接合する。この図８（ｈ）における処理は、前述した図７（ｈ）での処理と同様に行われる。
【００６６】
このように、この実施形態では、シート１５に配列されたｐ型熱電素子１３ｂを他のｐ型熱電素子１３ｂと分離する分離工程が、接合工程の中に含まれるため、全体の工程数が少なくなる。これによって、より簡単な製造工程で熱電変換モジュール１０を得ることができる。それ以外の作用効果については、前述した各実施形態の作用効果と同様である。
【００６７】
また、前述した各実施形態では、シート１５等への粘着力喪失部１５ａの形成を紫外線照射によって行っているが、シート１５等を他の光によって硬化する材料で構成し、その光を照射することにシート１５等の所定部分を硬化させて粘着力を失わせるようにすることもできる。さらに、シート１５等をレーザ光などによる加熱によってガスを発生する熱発泡性樹脂で構成し、シート１５等の所定部分を加熱することによりシート１５等の所定部分を硬化させて粘着力を失わせるようにすることもできる。また、前述した実施形態の他の部分の構成についても本発明の技術的範囲内で適宜変更実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によって製造される熱電変換モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１に示した熱電変換モジュールの正面図である。
【図３】本発明の一実施形態による切断分離工程の各工程を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態による接合工程の各工程を示す正面図である。
【図５】熱電変換モジュールの導通検査を行う方法を示す平面図である。
【図６】他の実施形態による切断分離工程の各工程を示す正面図である。
【図７】さらに他の実施形態による接合工程の各工程を示す正面図である。
【図８】さらに他の実施形態による接合工程の各工程を示す正面図である。
【符号の説明】
１０…熱電変換モジュール、１１ａ…下基板、１１ｂ…上基板、１２ａ…下部電極、１２ｂ…上部電極、１３…熱電材料ウエハ、１３ａ…ｎ型熱電素子，１３ｂ…ｐ型熱電素子、１５，１８，２１…シート、１６，１９…パターンマスク、１７ａ，１７ｂ…紫外線ランプ、２３ａ，２３ｂ…照射部、２４，２５…保持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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